Устройство для измерения и неразрушающего контроля материала трубопровода

 

Устройство для измерения и неразрушающего контроля материала трубопровода содержит цилиндрический носитель датчиков, расположенных по его окружной периферии, герметичный корпус, шарнирно соединенный с носителем и несущий соединенные с датчиками средства для обработки информации, а также блок питания. Носитель представляет собой ряд соединенных между собой подпружиненных в радиальном направлении держателей, каждый из которых снабжен продольной выемкой с установленными в ней датчиками. Носитель содержит манжету, диаметр которой несколько превышает внутренний диаметр исследуемого трубопровода. Манжета расположена в хвостовой части носителя с образованием зазора между ней и держателями и снабжена сквозными отверстиями, каждое из которых соединено трубопроводом с головной частью выемки соответствующего держателя. Технический результат заключается в повышении достоверности измерений. 3 з. п.ф-лы, 4 ил.

Настоящее изобретение относится к устройствам контроля состояния трубопроводов, а именно к устройству для измерения и неразрушающего контроля материала трубопровода.

Наиболее эффективно настоящее изобретение может быть использовано для трубопроводов, транспортирующих нефть и нефтепродукты.

Кроме того, изобретение может быть использовано для трубопроводов, транспортирующих любую другую жидкую среду, например воду.

При эксплуатации трубопроводов, во избежание аварий, применяется диагностика целостности и толщины стенки трубопроводов. В настоящее время широкое применение находят "интеллектуальные" внутритрубные инспекционные снаряды. Они, как правило, перемещаются по трубопроводу с транспортируемой средой и осуществляют разного рода измерения. Чаще всего речь идет о том, чтобы провести измерения толщины стенки трубопровода, чтобы установить местную коррозию, потерю металла на стенках в результате механических повреждений, обширной коррозии и т.п. В зависимости от постановки задачи используются датчики различного типа, например: электрооптические, ультразвуковые и т.п.

В процессе проведения диагностики из-за наличия отложений внутри трубопровода и взвеси в транспортируемой среде на датчиках появляется осадок. Это приводит к ухудшению качества измерения вплоть до полной потери результатов на отдельных участках трубопровода, что не позволяет получить достоверную информацию о состоянии трубопровода и может привести к его аварии.

Известно устройство для измерения и неразрушающего контроля материала трубопровода (выложенная заявка ФРГ 3626646 A1), содержащий цилиндрический носитель датчиков, расположенных по его окружной периферии. Носитель выполнен из эластичного материала в виде ряда соединенных между собой подпружиненных в радиальном направлении держателей. Внешний диаметр носителя несколько превышает внутренний диаметр трубопровода. Каждый держатель снабжен продольной выемкой с установленными в ней датчиками, образующей совместно с внутренней стенкой трубопровода при установке в него устройства канал, открытый со стороны хвостовой части носителя. В устройство также входит герметичный корпус с манжетами, шарнирно соединенный с носителем и несущий соединенные с датчиками средства для обработки информации.

Устройство работает следующим образом.

Помещенное в диагностируемый трубопровод устройство перемещается с транспортируемой средой и осуществляет измерения толщины стенки трубопровода. В процессе работы устройства на датчики оседают посторонние частицы, из-за чего достоверность измерений значительно ухудшается, что не позволяет обнаружить большое количество имеющихся на стенке трубопровода дефектов.

Известно другое устройство для измерения и неразрушающего контроля материала трубопровода (Руководство к эксплуатации устройства Pipetronix UltraScan 28''/32'' Version (II) фирмы Pipetronix (ФРГ)), содержащее цилиндрический носитель датчиков, расположенных по его окружной периферии. Носитель выполнен из эластичного материала в виде ряда соединенных между собой подпружиненных в радиальном направлении держателей. Внешний диаметр носителя несколько превышает внутренний диаметр трубопровода. Каждый держатель снабжен продольной выемкой с установленными в ней датчиками, образующей совместно с внутренней стенкой трубопровода при установке в него устройства канал, открытый со стороны хвостовой части носителя. В устройство также входит герметичный корпус с перфорированными манжетами, шарнирно соединенный с носителем и несущий соединенные с датчиками средства для обработки информации. Выемка каждого держателя соединена с соответствующим отверстием в хвостовой манжете корпуса гибким трубопроводом.

Устройство работает следующим образом.

Помещенное в диагностируемый трубопровод устройство перемещается с транспортируемой средой и осуществляет измерения толщины стенки. Поток транспортируемой среды проходит последовательно по каналам носителя, гибким трубопроводам, отверстиям в манжетах в направлении от хвоста носителя к головной части корпуса.

Существенным недостатком устройства является то, что так как скорость потока в каналах носителя довольно низкая, то при входе транспортируемой среды в каждый канал захватывается взвесь, находящаяся вокруг его входа. Известно, что максимальное количество взвеси находится возле стенки трубопровода, поэтому пространство между датчиками и стенкой трубопровода промывается плохо и во время прохождения потока по каналам происходит частичное осаждение на поверхность датчиков осадка, что приводит к снижению достоверности измерений, что не позволяет обнаружить большое количество имеющихся на стенке трубопровода дефектов.

В основу настоящего изобретения положена задача создания такого устройства для измерения и неразрушающего контроля материала трубопровода, в котором конструкция носителя обеспечивала бы формирование потока транспортируемой среды в каждом канале в направлении, противоположном движению устройства.

Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для измерения и неразрушающего контроля материала трубопровода, содержащем цилиндрический носитель датчиков, расположенных по его окружной периферии, и представляющий собой ряд соединенных между собой держателей, каждый из которых снабжен продольной выемкой с установленными в ней датчиками, и по меньшей мере один герметичный корпус, шарнирно соединенный с носителем и несущий соединенные с датчиками средства для обработки информации, а также блок питания, согласно изобретению носитель содержит манжету, диаметр которой несколько превышает внутренний диаметр исследуемого трубопровода, при этом манжета расположена в хвостовой части носителя с образованием зазора между ней и держателями и снабжена сквозными отверстиями, каждое из которых соединено трубопроводом с головной частью выемки соответствующего держателя.

Предлагаемая конструкция носителя позволяет направлять поток транспортируемой среды в головную часть канала, образуемого выемкой держателя и стенкой трубопровода. Это, в свою очередь, позволяет направлять поток среды в каждом канале в направлении, противоположном направлению движения устройства, что позволяет повысить достоверность измерений за счет уменьшения количества осадка на датчиках. Зазор между манжетой и держателями позволяет потоку беспрепятственно выходить из каналов и далее перемещаться внутри носителя в направлении, совпадающем с направлением перемещения устройства.

В предпочтительном варианте выполнения центральная часть манжеты выполнена из материала, имеющего большую жесткость, чем жесткость остальной ее части.

Предлагаемый вариант выполнения изобретения создает герметичное уплотнение в зоне контакта манжеты с трубопроводом и позволяет направлять поток транспортируемой среды в устройство через отверстия манжеты. Кроме того, такая конструкция манжеты позволяет ей успешно преодолевать изгибы трубопровода и другие препятствия при движении устройства.

В соответствии с одним из вариантов конструкции изобретения носитель в головной части снабжен перфорированным фланцем, соединенным с держателями и с манжетой.

Наличие перфорированного фланца позволяет транспортируемой среде свободно протекать из выемки держателя через полость носителя в зону полости трубопровода, расположенную перед устройством. Соединение перфорированного фланца и манжеты между собой позволяет надежно фиксировать манжету в положении поперек трубопровода.

В предпочтительном варианте выполнения изобретения сквозные отверстия манжеты выполнены в ее центральной части.

Предлагаемый вариант изобретения позволяет направить в каналы наиболее чистую часть потока среды, что позволяет повысить качество измерений за счет уменьшения количества осадка на датчиках. Кроме того, такой вариант конструкции позволяет в местах отсутствия текучей среды в трубопроводе заполнять средой каналы и избежать потерь от изменения проницаемости среды, так как при использовании ультразвуковых датчиков воздушный пузырь в трубопроводе - полная потеря сигнала.

Другие цели и преимущества настоящего изобретения станут понятны из следующего детального описания примера его выполнения и прилагаемых чертежей, на которых фиг. 1 изображает устройство согласно изобретению, вид сбоку; фиг. 2 - продольный разрез носителя; фиг. 3 - держатель носителя (вид сверху); фиг. 4 - разрез IV-IV на фиг. 3.

Устройство для измерения и неразрушающего контроля материала трубопровода 1 (фиг. 1) содержит корпус 2 и цилиндрический носитель 3. Корпус 2 содержит две секции 4, 5, внутри которых установлены средства (на фиг не показаны) для записи, обработки данных, а также энергоснабжения. На секциях 4, 5 корпуса 2 установлены манжеты 6, 7. Манжеты 6 предназначены для центрирования корпуса 2 в трубопроводе 1, а также для продвижения устройства вместе с транспортируемой средой. Манжеты 7 предназначены для центрирования корпуса 2 в трубопроводе 1, а также служат в качестве дополнительной опоры. В манжетах 6,7 выполнены сквозные отверстия (на фиг. не показаны). В передней части корпуса 2 расположен защитный бампер 8, внутри которого установлена головка маркерного приемопередатчика 9, предназначенного для определения местоположения устройства в трубопроводе 1, а также для записи посылаемых сигналов от маркера, расположенного за пределами трубопровода, что помогает определению точного местоположения устройства. Секции 4, 5 корпуса 2 соединены карданным узлом 10 между собой и с носителем 3. На секции 4 корпуса 2 установлена система 11 измерения пройденного расстояния. Носитель 3 выполнен из эластичного материала, например, резины, имеет внешний диаметр несколько превышающий внутренний диаметр трубопровода 1 и содержит ряд держателей 12 (фиг. 2), которые закреплены на перфорированном фланце 13 через упругие рычаги 14 с шарнирами 15. Рычаги 14 дополнительно подпружинены манжетой 16, на которой установлены прокладки 17, удерживающие держатели 12 равномерно распределенными по периметру трубопровода. За держателями 12 в хвостовой части носителя 3 расположена манжета 18, жестко соединенная с фланцем 13 с помощью штанги 19. Манжета 18 установлена с зазором относительно держателей 12 и ее диаметр несколько превышает внутренний диаметр трубопровода 1. Центральная часть манжеты 18 выполнена из материала, имеющего большую жесткость, чем жесткость остальной части манжеты (18). В центральной части манжеты 18 выполнены сквозные отверстия 20, к которым посредством втулок (на фиг. не обозначены) крепятся концы гибких трубопроводов 21. В держателях 12 по окружной периферии носителя 3 установлены датчики 22, например, ультразвуковые, которые производят измерение толщины стенки трубопровода 1. Каждый датчик 22 соединен со средствами для обработки информации, установленными в секциях 4, 5 корпуса через кабель 23. На секции 4 установлен блок питания устройства автономного типа. Каждый держатель 12 (фиг. 3) выполнен из упругого материала, например резины, и имеет в поперечном сечении форму сектора цилиндра. Это обеспечивает плотное прилегание держателей 12 к внутренней стенке трубопровода 1 и сохранение постоянного расстояния между стенкой трубопровода 1 и датчиками 22, а также постоянного углового положения датчиков 22 относительно стенки трубопровода 1. В каждом держателе 12 имеется продольная выемка 24, которая совместно со стенкой трубопровода 1 образует канал, открытый со стороны хвостовой части держателя 12. В выемках 24 держателей 12 расположены датчики 22. В каждой выемке 24 выполнены отверстия 25 для крепления датчиков 22, а в головной части - отверстия 26 для присоединения соответствующего трубопровода 21 (фиг.4). Отверстия в манжетах 6, 7 выбираются из условий, чтобы скорость потока среды была достаточна для удаления осадка с поверхности датчиков 22, при обеспечении безостановочного перемещения устройства в трубопроводе 1. Устройство работает следующим образом.

Помещенное в диагностируемый трубопровод 1 устройство движется вместе с транспортируемой средой и производит измерения. Поток среды проходит последовательно через отверстия 20 в манжете 18, трубопроводы 21, выемку 24 в держателях 12, перфорированный фланец 13, отверстия в манжетах 6, 7 и движется быстрее, чем устройство. Входящий в отверстия 20 в манжете 18 поток среды является наиболее чистым (с минимально возможным количеством взвешенных частиц) по сечению трубопровода 1, так как отверстия 20 расположены в центральной части трубопровода 1, при этом наиболее тяжелые частицы осаждаются, тогда как легкие всплывают вверх (например: парафин в нефти). Поток среды, проходящий через манжету 18, по трубопроводам 21 попадает в выемки 24 держателей 12. В каналах, образованных выемками 24 и стенкой трубопровода 1, поток среды перемещается в направлении, противоположном движению устройства, что позволяет значительно уменьшить количество посторонних примесей в промежутке между датчиками 22 и стенкой трубопровода 1 и, в конечном итоге, позволяет получить более достоверные результаты измерений.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения и неразрушающего контроля материала трубопровода, содержащее цилиндрический носитель датчиков, расположенных по его окружной периферии, и представляющий собой ряд соединенных между собой держателей, каждый из которых снабжен продольной выемкой с установленными в ней датчиками, и по меньшей мере один герметичный корпус, шарнирно соединенный с носителем и несущий соединенные с датчиками средства для обработки информации, а также блок питания, отличающееся тем, что носитель содержит манжету, диаметр которой несколько превышает внутренний диаметр трубопровода, при этом манжета расположена в хвостовой части носителя с образованием зазора между ним и держателями и снабжена сквозными отверстиями, каждое из которых соединено трубопроводом с головной частью выемки соответствующего держателя.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что центральная часть манжеты выполнена из материала, имеющего большую жесткость, чем жесткость остальной части манжеты.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что носитель в головной части снабжен перфорированным фланцем, соединенным с держателями и с манжетой.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что сквозные отверстия манжеты выполнены в ее центральной части.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4